CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
2.4 Thiết kế, lựa chọn các phần tử cơ khí, điện & khí nén
Từ u cầu cơng nghệ của bài tốn ta lựa chọn các thiết bị điện và thiết bị khí nén ở bảng dưới đây:
STT Tên thiết bị Số lượng Chú thích
Thiết bị điện 1 PLC S71200 1214C DC/DC/DC 1 2 CAM COGNEX DM 260 1 Cảm biến quang 4 3 Nguồn tổ ong 24vdc 1 4 Aptomat 5A 1 5 Relay idec 24v/8c 4 6 Cầu UK2.5 60 7 Chặn cầu 15
8 Jump nối cầu 4
9 Dây 0.5 ( Đỏ/ Xanh/ Vàng) 30m/3
10 Cod kim ( Đỏ/ Xanh/ Vàng) 150c/3
11 Cod Y ( Đỏ/ Xanh/ Vàng) 150c/3 12 Băng tải 60x500x90mm + Động cơ DC + Hộp giảm tốc 1 13 Swich chia mạng 1 14 Dây mạng 1 Thiết bị cơ khí
1 Nhơm định hình 30x30 Theo thiết kế
2 Tấm tơn dập định hình sơn tĩnh điện
Theo thiết kế
3 Ke nhơm 30x30 30
4 Ke nhơm 20x20 10
5 Vít+ Lùa Theo số lượng
ke
6 Máng răng lược 25x25 4 cây
7 Ray gài at 1 cây
Thiết bị khí nén
2 Chân gá xi lanh ML20 3 3 Van khí nén 3 3 Dây khí 4 10m 4 Cút khí M5/4 – tiết lưu 6 5 Cút khí 1/8 khí 4 6 6 Đế van 3 1 7 Giảm thanh 4 8 Bịt khí 1 9 Cút khí ren ¼ 1
Bảng 3. 2Bảng thống kê linh kiện của mơ hình
2.3 Bảng kê chi tiết các thiết bị điện cho mơ hình Thiết bị Đơn vị tính Số lượng Hình ảnh Mã hàng Van khí nén 5/2 ( 2 đầu coil điện) Chiếc 1 4V220-08 Đế van 3 vị trí Chiếc 1 VV5FS2-10- 051-02 PLC S7-1200 1214C Chiếc 1 PLC S7- 1200CPU 1214C DC/DC/DC 6ES7214- 1AG40-0XB0
Rơ le trung gian Chiếc 4 Omron LY2N Nút nhấn nhả Chiếc 2 LA38/209- B Nhôm thanh ray Chiếc 1 LQP22B- 24v Cầu đấu Chiếc 60 UK 3N Phoenix Atomat Chiếc 1 Safe geard
Nguồn tổ ong 24VDC 5A Chiếc 1 S-24-120- TADP
Đầu cos Y Chiếc
20 FUT – 2,5/4P Đầu cos pin tròn Chiếc 48 E0508 Dây điện 0,5mm Mét 20
3.4 Giới thiệu chung về các phần tử khí nén.
3.4.1 Van khí nén 5/2
Hình3. 11Van khí nén 5/2
3
- Để phân chia các loại van khí nén điện từ người ta dựa vào số cửa của van đó là bao nhiêu? Số vị trí là bao nhiêu? Đồng thời người ta còn cần căn cứ vào điện áp của cuộn coil van điện từ (gồm có điện áp 24V và điện áp 220V) để phân chia. Do đó van khí nén 5/2 điện từ là:
Van khí nén 5/2 là một loại van đảo chiều được dùng để điều khiển xi lanh có tác
dụng kép và động cơ. Loại van này có thể điều khiển bằng cơ khí hoặc bằng khí nén hay điện từ 2 phía . Đồng thời loại van này có 5 cửa và 2 vị trí.
Cách thức hoạt động của van khí nén 5/2
Để sử dụng van điều khiển khí nén 5/2 một cách hiệu quả các bạn cần phải nắm được nguyên lý hoạt động của van là điều vô cùng quan trọng. Nguyên lý hoạt động của van 5/2 là gì?
Khi van khí nén 5/2 ở trạng thái bình thường (trạng thái van đóng) lúc này cửa số 1 sẽ được thiết kế để thông qua với cửa số 2. Trong lúc này khi đó thì cửa sổ số 4 sẽ được mở thông với cửa số 5. Cửa số 3 lúc này sẽ bị chặn lại.
Khi van được cung cấp khí nén khiến cho các cửa của van nằm trong tình trạng được mở hồn tồn. Lúc này mối quan hệ các van được thay đổi hoàn toàn bắt đầu từ cửa số 1 và số 4. Tại đây hiện tượng đảo chiều sẽ được xảy ra cửa số 1 sẽ thông với cửa số 4. Đồng thời lúc này cửa số 2 sẽ thông với cửa số 3 và cửa số 5 sẽ bị chặn lại.
Mục đích lắp đặt: gọn gang và lắp đặt van lấy chung một nguồn cấp khí. Hãng sản xuất: SMC-Japan
3.5 Giới thiệu chung về các phần tử điện
3.5.1 Aptomat
Aptomat(MCCB hay MCB) là thiết bị đóng cắt và bảo vệ trong mạng lưới điện công nghiệp và dân dụng. Tùy theo nhu cầu, chức năng sử dụng, và kích thước mà được
chia làm nhiều loại khác nhau. Ở đây chúng em dung CB 2 PHA
CB 2 PHA: MCB gồm 2 cực (1 dây pha và 1 dây trung tính) loại này thường được sử dụng nhiều trong mạng điện dân dụng và trong mạch điều khiển, hình dạng bên ngồi là dạng khối. Dãy điện áp cũng nằm trong khoảng 220 – 240VAC. Ngồi ra cịn có MCB 2 cực (2 dây pha) loại được dùng trong công nghiệp và điện áp loại nằm trong khoảng 380
– 415VAC được dùng có trong cuộn dây contactor hay máy biến áp 2 đầu dây nhưng loại MCB 2 pha 2 cực 2 pha ít được sử dụng rộng rãi. Dịng chịu sự cố của nó có khi gặp sự cố lên tới Icu = 100kA.
3.5.2 Nút nhấn
Khái quát và công dụng:
- Là 1 khí cụ dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện.
- Thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn... - Khi thao tác cần dứt khốt để mở hoặc đóng mạch điện
Cấu tạo:
Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở, đóng và vỏ bảo vệ - Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái, khi khơng có tác
động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu
- Nút ấn đóng- mở : Khi chưa tác động thì chưa có dịng điện chạy qua (mở), khi tác động thì dịng điện sẽ đi qua.
- Nút ấn chuyển mạch sẽ chuyển trạng thái của mạ
Thông số kỹ thuật của nút ấn:
Thông số kỹ thuật Đặc điểm
Mã hàng LA38-08/203
Xuất sứ Việt Nam
Màu sắc Xanh lá cây
Cặp tiếp điểm 1 NO và 1 NC
Điện áp tối đa 440V/10A
Lỗ bắt vít 22mm
Bảng 3. 4Bảng thơng số nút bấm
Nút nhấn dính khơng đèn LA38 thường được sử dụng trong việc lắp đặt các tủ điện, bộ phận truyền tín hiệu sử dụng thao tác ấn một lần trong thời gian dài và chỉ nhả ra sau khi đã hồn thành cơng vi
3.5.2 Nút dừng khẩn cấp
Nút dừng khẩn cấp là một biện pháp có thể đạt được bằng cách nhanh chóng nhấn nút này trong trường hợp khẩn cấp. Các nút như vậy có thể được gọi chung là nút dừng khẩn cấp. Nút này chỉ cần nhấn trực tiếp xuống. Có thể nhanh chóng ngừng tồn bộ thiết bị hoặc nhả một số bộ phận truyền động. Để kích hoạt lại thiết bị, nút phải được nhả ra, nghĩa là, chỉ xoay nó khoảng 45 ° theo chiều kim đồng hồ và sau đó nhả nó ra, và phần ép sẽ bật lên
39
Cấu tạo của nút dừng khẩn cấp:
Tiếp điểm thường đóng thường được sử dụng , khi có trường hợp khẩn cấp thì nhấn nút khẩn cấp sẽ dừng máy, Cơng tắt nút nhấn dừng khẩn được tích hợp sẵn tiếp điểm NO và NC
3.5.3 Dây điện
Dây dẫn gồm một hay vài lõi dẫn điện , có thể có hoặc khơng có lớp vỏ cách điện. Ta thường gọi là dây bọc hay dây trần.
Đối với hộp điều khiển này, lựa chọn dây dẫn 0,5mm là phù hợp.
Hình3. 17Dây điện
Cáp thì gồm các lõi dẫn điện ( vẫn có cáp một lõi , gọi là cáp đơn ), có lớp vỏ cách điện và thêm các lớp vỏ bảo vệ nữa. Thường thì các lớp vỏ bảo vệ này nhằm tăng cường bảo vệ cáp chịu được các tác động bên ngoài như lực va chạm, nước , tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời.
Dây, cáp điện dùng đề truyền tải điện (hoặc tín hiệu điều khiển – cáp điều khiển) hay dùng để đấu nối các thiết bị điện trong công nghiệp và dân dụng.
3.5.4 Máng nhựa đi dây
Máng cáp nhựa (hay còn gọi là máng điện nhựa, trunking nhựa hoặc hộp chứa cáp nhựa) là máng dẫn dùng cho việc lắp đặt dây và cáp điện trong tủ điện điều khiển, tủ điện phân phối, tủ điện tổng MSB.
3.5.5 Thanh ray nhôm
Thanh ray nhôm tủ điện là một phụ kiện thường thấy trong các tủ điện. Sản phẩm này giúp cố định các khí cụ điện và các phụ kiện khác.
Hình3. 19Thanh ray nhơm Hình3. 18Máng đi dây
3.5.6 Cốt chữ y
Đầu cos hay cịn gọi là Terminal có tác dụng tăng khả năng tiếp xúc giữa thiết bị
với dây truyền tải. Có tác dụng tăng khả năng dẫn điện giữa cáp điện với cáp điện hoặc giữa cáp điện với thiết bị.
Kích thước: 0,75mm
3.5.7 Cốt pin rỗng
Cầu đấu dây sử dụng nhiều trong việc làm tủ bảng điện, đơn vị trung gian giúp
đấu nối các thiết bị ngoại vi với với nhau. Đảm bảo tính bền, đẹp thẩm mỹ cao.
Thơng số kỹ thuật:
- Dịng điện: 41A, 800 V
- Đường kính dây: 0,5 - 6 mm2.
vào thanh Dinrail và do đó được vị được khối mà nó kẹp hai bên.
3.5.8 Cầu đấu dây và cầu chặn cuối
Cầu đấu dây sử dụng nhiều trong việc làm tủ bảng điện, đơn vị trung gian giúp
đấu nối các thiết bị ngoại vi với với nhau. Đảm bảo tính bền, đẹp thẩm mỹ cao.
Hình3. 20Cốt chữ y
Thơng số kỹ thuật:
- Dịng điện: 41A, 800 V
- Đường kính dây: 0,5 - 6 mm2.
- Phụ kiện kèm theo (Mua kèm nếu sử dụng): + Nắp chia
+ Nắp che cuối. + Chặn cuối.
(Cầu đấu dây - Nắp chia - chặn cuối)
Cầu chặn cuối dùng để chặn cố định một khối termial block, hay PLC relay
hoặc nguồn ( các thiết bị gắn được trên thanh Din rail) nhằm ngăn chúng không dịch chuyển theo chiều ngang trên thanh Dinrail. Chặn cuối E/UK có vít, vặn vít này xuốn sẽ bắt chặt vào thanh Dinrail và do đó được vị được khối mà nó kẹp hai bên.
Hình3. 22Cầu đấu điện
3.5.9 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại
Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nơm na, thực chất
chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.
Cấu tạo của cảm biến quang gồm 3 bộ phận :
- Bộ phát sáng : Cảm biến tiệm cận quang Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting Diode). Ánh sáng được phát ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng). Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá. Ngồi ra cũng có LED vàng.
- Bộ thu sáng : Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC ( Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).
- Mạch xử lý tín hiệu ra : Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ- le relay) vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN). Một số cảm biến quang cịn có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.
Có rất nhiều loại cảm biến quang, tuy nhiên, trong đồ án này dùng loại Cảm biến tiệm cận quang E18 NPN
Thơng số kỹ thuật :
- Điện Áp: 5V-24V DC. - Dịng: 20mA.
- Kết Nối:
+ Dây Mầu Nâu: 5V DC.
+ Dây Mầu Xanh Dương : GND
+ Dây Mầu Đen: Tín hiệu NPN thường mở ( Tín hiệu ra bằng điện áp cấp ni cho cảm biến ).
- Nhiệt Độ: -25 – 55 Độ C. - Chiều Dài Dây: 1M.
- Điều chỉnh khoảng cách bằng biến trở tinh chỉnh sau cảm biến.
- Đường Kính: 17mm. - Chiều Dài : 45mm.
Thông số kỹ thuật của việc chuyển đổi quang điện E18:
1, Đầu ra dòng DC / SCR / Rơ le kiểm soát đầu ra: 100mA / 5V cung cấp điện 2, Mức tiêu thụ hiện tại của DC <25mA
3, Thời gian đáp ứng <2ms
4, Góc điểm: ≤15 °, hiệu quả khoảng cách 3 đến 80CM có điều chỉnh được 5, Phát hiện các đối tượng: một cơ thể trong suốt hoặc mờ đục
6, Nhiệt độ môi trường làm việc:. -25 °] C ~ + 55 độ] C.
7, Mức ánh sáng cảm ứng tiêu chuẩn: ánh sáng mặt trời (10000LX) xuống ánh sáng sợi đốt (3000LX)
8, Vật liệu: nhựa
Chân số 1 là chân cấp nguồn dương cho cảm biến. Chân số 3 là chân GND. Chân GND này sẽ là chân chung giữa cảm biến và PLC. Nguồn cho cảm biến sẽ tùy từng
Hình3. 24Cảm biến quang tiệm cận
loại, thơng thường là 24VDC. Chân số 2 sẽ là chân nối vào INPUT của PLC, khi cảm biến tác động thì sẽ cấp tín hiệu cho PLC. Cảm biến loại NPN loại thường mở NO này khi ở trạng thái tác động, dòng sẽ đi từ nguồn dương, qua tải, vào chân 2 rồi xuống GND (chiều mũi tên). Nếu nối cảm biến này với PLC, ta phải đấu nối PLC theo kiểu ngõ vào cấp dòng (sourcing), mỗi khi cảm biến tác động, dòng sẽ đi từ nguồn dương ở chân COM của PLC, vào PLC rồi đi ra ở chân INPUT, sau đó vào cảm biến rồi đi xuống GND. Như vậy là kín mạch và sẽ có tín hiệu ở chân INPUT của PLC.
3.5.10 Rơ le trung gian
Trong kỹ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như phần tử xử lý tín hiệu. Có nhiều loại rơle khác nhau tùy vào công dụng. Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ trường của cuộn dây, trong q trình đóng mở sẽ có hiện tượng tự cảm.
Ngun lí làm việc : Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ trường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm. Các tiếp điểm đó có thể là tiếp điểm chính để đóng , mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để đóng, mở mạch điều kh
Ký hiệu
Hình3. 26Nối dây sensor NPN với PLC
- A1/A2 cho cuộn dây.
- 12/14/11 (22/24/21) cho tiếp điểm chuyển đổi. Chức năng:
- Là phần tử xử lý tín hiêu trong hệ điều khiển điện khí nén chức năng - Đóng cắt cho tải lớn (dịng điện) bằng 1 nguồn công suất nhỏ.
- Khuếch đại công suất từ mạch điều khiển tới mạch động lực.
- Thay đổi từ đóng cắt tiếp điểm thường đóng sang thường mở và ngược lại. - Đưa ra nhiều tín hiệu từ 1 tiếp điểm.
3.5.11 Nguồn tổ ong
Nguồn tổ ong là cách ngọi khác của nguồn xung. Cái tên nguồn tổ ong bắt nguồn từ hình dạng các lỗ thơng hơi thốt nhiệt của bộ nguồn xung được đục lỗ lục giác giống với cấu tạo của tổ ong nên dân gian gọi vậy cho thân thuộc dễ nhớ.
Nguồn xung là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung.
Ưu điểm của nguồn tổ ong: giá thành rẻ, gọn, nhẹ, dễ tích hợp cho những thiết bị nhỏ gọn, hiệu suất chuyển đổi cao.
Nhược điểm của nguồn tổ ong: Kỹ thuật chế tạo phức tạp, thiết kế đỏi hỏi kĩ thuật cao, việc sửa chữa khó khăn nếu khơng nắm vững nguyên lý hoạt động của nguồn, ngoài ra tuổi thọ của nguồn tổ ong thường không cao (do cấu tạo chủ yếu từ